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durabilidad

LA HUMEDAD CONDICIONA LA DURABILIDAD DEL CONCRETO


La química del cemento es una ciencia relacionada con estructuras inorgánicas y condiciones de reactividad. Varios aditivos se han incorporado a la ciencia del concreto así como diferentes compuestos que provienen del mercado de desechos para solidificación en una matriz de concreto.


Los científicos, quienes deben comprender las propiedades del material y especialmente el envejecimiento y la durabilidad del concreto, están confundidos por todos los posibles mecanismos usados para explicar la complejidad de muchos procesos. La industria de los materiales y la sociedad esperan muchas cosas de la investigación que se está llevando a cabo. Debemos considerar si existe un equilibrio entre las inversiones y las expectativas que harían que los materiales estén disponibles para usarse como compuestos en el concreto.

Los científicos han implementado nuevos productos con grandes propiedades en resistencia y durabilidad. Esto se ha logrado usando compuestos recientemente desarrollados y comprendiendo el mecanismo del posicionamiento óptimo de las partículas del agregado combinado con fibras y aditivos. Este tipo de conocimiento podría proporcionar una futura herramienta para comprender el desempeño de las estructuras existentes. La humedad juega un papel significativo en la mayoría de las reacciones químicas en el concreto y en partes de los procesos físicos y químicos en varios fenómenos de deterioro.



Definición de la vida de servicio


En el puente Oresund, entre Suecia y Dinamarca, se estipularon los requisitos de la vida de servicio en la fase de diseño. El primer intento fue el de asegurar 100 años de vida de servicio para las partes estructurales sometidas a cargas que serían complicadas de reparar y costosas de mantener. La filosofía era no esperar que el puente se colapsara después de este tiempo de vida de servicio, sino permitir algunos años de gracia para la inspección y valoración de los sistemas de protección necesarios o del trabajo de reparación.

El conocimiento que informa sobre la predicción de vida útil parte de la ciencia de los materiales desarrollada en los últimos 30 años. Las viejas estructuras, al final de su vida de servicio, con frecuencia están dañadas o pueden sufrir un colapso. El primer paso en estas valoraciones consiste en analizar la capacidad real para soportar cargas y si hubiera grandes riesgos, permitir una fractura frágil repentina y

eventual. Después de este procedimiento, los expertos pueden dar una predicción del futuro deterioro como una función del tiempo o del impacto de diferentes sistemas de reparación sobre el proceso de deterioro.

Generalmente, el conocimiento en esta área no es tan preciso como debiera. Actualmente, somos capaces de predecir las tendencias en procesos diferentes, pero la variación, tanto en materiales como en el medio ambiente, es considerable y afecta la precisión de tales predicciones.


Sin embargo, los métodos de predicción usados para las estructuras existentes, combinados con el muestreo, incrementarán la precisión. 


La definición de la vida de servicio podría ser establecida como el periodo de tiempo que una estructura, en un medio ambiente específico, retendrá sus propiedades principales, proveyendo seguridad contra el colapso y exhibiendo una estética aceptable. Sin embargo, los propietarios de estructuras importantes probablemente también implementarían valoraciones económicas, interrupciones en la capacidad de servicio y cambios en imagen en casos de una perturbación inesperada.


La humedad en el concreto


El agua en el concreto endurecido que no está químicamente fijada al aglomerante, está físicamente fijada en los poros del concreto. En los poros más pequeños, el agua está más firmemente ligada por absorción en los productos de la reacción. Esta agua puede secarse sólo con una humedad Relativa (HR) muy baja. En los poros capilares el agua está ligada por meniscos produciendo una presión del agua de los poros muy baja, negativa. Puesto que hay una relación entre la presión de agua en los poros y la humedad relativa en el aire por encima de un menisco, la HR se usa como una medida del estado de humedad en el concreto. La relación entre la cantidad de agua evaporable [We kg/m³] y el estado de humedad HR puede ser calculada a partir de las curvas de desorción (inverso de absorción o adsorción) disponibles.


Las curvas de desorción dependen principalmente del contenido de cemento C, la relación agua-cemento W/C, la edad o grado de hidratación y la cantidad de humo de sílice. También varían en algún grado con el tipo de cemento, la temperatura y la cantidad de aditivos.

La distribución de la humedad en una estructura de concreto está determinada por la composición del concreto, el curado y el microclima en las diferentes partes de la estructura. Las diferencias en las condiciones de humedad entre el sistema de poros y el microclima circundante causarán un flujo de humedad hacia adentro y fuera de la superficie de concreto y en la profundidad de la estructura. El perfil de la humedad a largo plazo en una estructura de concreto expuesta a condiciones húmedas en un lado puede ser acentuado cerca de la superficie seca, dependiendo de la calidad del concreto.


Aun cuando no ocurra transporte de humedad —como en las estructuras con cubiertas superficiales cerradas o en concretos densos con bajas relaciones de agua-aglomerante— el concreto puede obtener un secado interno debido a la fijación química del agua al aglomerante, puesto que los productos de la reacción tienen un volumen más bajo que los reactivos. La autodesecación2 se incrementará con relaciones más bajas de agua-cemento y relaciones de agua-aglomerante, la adición de humo de sílice y con algunos tipos de cemento. La HR puede alcanzar aproximadamente 80% en algunos casos tan sólo debido a la autodesecación. En algunos casos el deterioro simplemente se detendrá debido a que el concreto está demasiado seco.


La humedad y los procesos de deterioro en principio.


La naturaleza básica del deterioro es principalmente de tres tipos: químico, físico o electroquímico, este último que concierne a la corrosión del refuerzo3. Un ataque químico involucra la disolución de substancias o reacciones químicas entre sustancias y componentes del concreto. Los productos de la reacción, caracterizados por la disolución o expansión, pueden causar muchos problemas.


Los ejemplos incluyen:


• Ataque ácido que disuelve el aglomerante de la superficie del concreto.

• Ataque de sulfato desde la superficie, por el agua del subsuelo o agua de mar, o ataque del sulfato interno (formación retardada de ettringita), creando un producto de reacción que absorbe una cantidad significativa de agua, causando expansión interna y agrietamiento.

• Reacciones álcali-agregado del álcali que proviene del cemento, o del exterior, reaccionando con los componentes de ciertos agregados reactivos.

• Carbonatación proveniente del dióxido de carbono, que reacciona con los componentes en el líquido de los poros.

• Ataque de agua suave causando lixiviación de los álcalis y óxido de calcio, que a su vez causa disolución del hidróxido de calcio depositado y los componentes del aglomerante.


Un ataque puramente físico podría ser desde un líquido no reactivo, o calor, penetrando en el concreto o un componente del concreto, causando esfuerzos internos y expansión, dando como resultado agrietamiento interno o escamosidad superficial. El ataque de la congelación es un ataque físico obvio.


La contracción es realmente el opuesto de un líquido que sale del concreto. El ataque electroquímico típico es la corrosión del refuerzo, en donde las reacciones químicas en el ánodo y en el cátodo se combinan con una corriente eléctrica a través del acero y a través del concreto. La humedad juega un papel significativo en la mayoría de las reacciones químicas en el concreto y en partes de los procesos físicos y químicos en varios fenómenos de deterioro.


La humedad puede involucrar:


• Un material con propiedades diferentes.

• Un soluto, para reactivos y iones.

• Un medio de transporte.

• Un medio de expansión.

• Un líquido con presión de agua en los poros (negativo).


El efecto de la humedad usualmente puede ser definido como un tipo de límite crítico de humedad, por debajo del cual no ocurren cambios significativos.


Por encima del límite crítico, los cambios a veces son muy pronunciados. En otros casos, el límite crítico únicamente dice desde qué nivel de humedad empieza a ocurrir un cambio, pero los cambios se incrementan al incrementarse el contenido de humedad. En raros casos, como la tasa de corrosión, los cambios son menos pronunciados y el contenido de humedad es muy alto.

 

VER ARTÍCULO 

 

DETERMINACIÓN DEL RECUBRIMIENTO MÍNIMO DE LAS ARMADURAS CONFORME CON LA INSTRUCCIÓN DE HORMIGÓN ESTRUCTURAL EHE-08* 

 

JUAN CARLOS LÓPEZ AGÜÍ DR. INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

MANUEL BURÓN MAESTRO DR. INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

LUIS FERNÁNDEZ LUCO DR. INGENIERO CIVIL

SERGIO CARRASCÓN ORTIZ INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS


INSTITUTO ESPAÑOL DEL CEMENTO Y SUS APLICACIONES (IECA)

 

Se proponen tablas para obtener, directamente, el recubrimiento mínimo de las armaduras en el hormigón estructural, para las clases de exposición que inducen procesos de corrosión de dichas armaduras. Las tablas propuestas son aquellas que estén incluidas en la Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08, ampliadas con el resultado de aplicar el contenido del Anejo nº 9, de dicha Instrucción, a hormigones fabricados con diferentes tipos de cemento, cuando la propia Instrucción ofrece suficiente información para ello.

 

En algunos casos, el empleo de las tablas propuestas exige conocer la relación entre el coeficiente de difusión de cloruros del hormigón a utilizar y el mismo coeficiente correspondiente al hormigón descrito en la tabla análoga incluida en la Instrucción EHE-08.También se aplica el contenido del mencionado Anejo nº 9 al caso en el que la clase general de exposición es IIIa (marítima y aérea), la distancia desde la estructura a la costa es superior a 500 m y se adopte el valor de la concentración de cloruros en la superficie del hormigón indicado en dicho Anejo, concluyendo que, en el caso de hormigón armado, el recubrimiento mínimo de las armadura no está dimensionado por la consideración de dicha clase de exposición IIa y IIb (normal humedad alta y normal humedad media, respectivamente), quedando del lado de la seguridad la consideración de la clase IIb.Por último, se analiza la influencia del valor de los diferentes parámetros a considerar en el cálculo del recubrimiento mínimo según el modelo de penetración de cloruros incluido en el citado Anejo nº 9 y se hacen algunas consideraciones relativas al periodo de propagación de la corrosión.

 

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Durabilidad del hormigón: El uso de veladuras de silicatos en la protección superficial.

 

El concepto de revestimiento en arquitectura ha sido uno de los temas que más han interesado a los arquitectos.  Desde siempre el “rostro” del edificio, la cara vista de la arquitectura ha sido objeto de tendencias estilísticas y discusiones culturales y académicas.  Se ha hablado de la expresión de la arquitectura y más recientemente la piel que envuelve y define el espacio público separándolo de aquello considerado genéricamente el interior.

 

 El hormigón ha jugado papel protagónico en esta temática, desde su aparición, con el descubrimiento del hormigón armado, haciéndose visible en la fachada de las edificaciones, revolucionando el campo de la construcción y la aplicación de técnicas constructivas.

 

 Sin embargo, aunque mucho se ha avanzado en el conocimiento y dominio del hormigón y su puesta en obra, poco se cuida el mantenimiento del mismo y su buen comportamiento a lo largo de los años, un tema asociado a la durabilidad del hormigón, es decir, a su manera de soportar el paso del tiempo y las condiciones ambientales a que está expuesto.  Se habla mucho de las resistencias intrínsecas del hormigón, pero cada vez se hace más necesario adoptar con responsabilidad soluciones que comporten una adecuada especificación del tipo de acabado y apariencia de los hormigones, involucrando el concepto de protección superficial, el cual, hasta hace muy poco, se desconocía o menospreciaba por considerar cierto grado de invulnerabilidad de los elementos de hormigón.

 

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Capítulo VII de la EHE-08    (artículo 37-durabilidad del hormigón y de las armaduras)

 

VER ANEJO 9º EHE-08    (consideraciones adicionales sobre la durabilidad del hormigón)

 

Definiciones

 

Mucho se ha hablado sobre las resitencias del hormigón y sin embargo hoy día se apunta a una característica que involucra dichas resistencias y otros factores: LA DURABILIDAD DEL HORMIGÓN

El ACI, Committe 201 (1992) entiende por durabilidad de un hormigón su capacidad para resistir a la acción ambiental, ataque químico, abrasión o cualquier otro proceso de deterioro, y considera que un hormigón durable mantendrá su forma original, calidad y serviciabilidad cuando sea expuesto a su ambiente en obra.

Según Calleja J. (1995), al hablar de durabilidad nos referimos a: la persistencia o duración en el tiempo de un elemento, estructura u obra a lo largo de su vida útil de servicio, y en las condiciones de todo tipo, sobre todo externas, en que este servicio debe prestarse, estando garantizada en todo momento la necesaria seguridad.

Según Aguado et al.(1996), los daños en las estructuras hidráulicas de hormigón se podrían imputar a tres tipos de acciones: acciones químicas, acciones físicas y otras acciones. La acción química puede ser ejercida por agentes gaseosos, líquidos o sólidos, pero siempre en presencia de agua o humedad. Esta acción del agua está controlada por la permeabilidad, es decir, por el tamaño y continuidad de los poros y fisuras en la pasta; el C.E.B. (Comité Europeo del Hormigón) en 1989 señala como poros importantes para la durabilidad aquellos cuyos radios están comprendidos entre 10-7 y 10-2 m.

 

Durabilidad de las Estructuras de Hormigón Armado

 

Generalidades

Se entiende por durabilidad a la capacidad que tiene la estructura, durante su vida útil para la cual se ha proyectado, de conservar inalterables sus condiciones físicas y químicas, sometida a la degradación de su material por diferentes efectos de cargas y solicitaciones, ya consideradas en su análisis estructural.

Consideración en Fase de Proyecto

El proyecto de una estructura de hormigón debe consignar las medidas adecuadas para que esta estructura mantenga la vida útil acordada, teniendo en cuenta las condiciones ambientales, climáticas y el tipo de estructura a construir.

Los factores agresivos a que está expuesta una estructura, se identifican según el tipo de ambiente donde está implantado el edificio.

Todas las medidas preventivas expresadas en etapa de proyecto suelen resultar muy eficaces y reducen posibles gastos posteriores.

Consideración en Fase de Ejecución

La ejecución de una obra realizada con calidad, sobre todo en la etapa de curado, influye sin duda para la obtención de una estructura durable.

 

Estrategias

Medidas Generales

Ante los agentes agresivos a que está sometida la estructura en cada uno de sus elementos, se adopta una estrategia que tiene en consideración los posibles mecanismos de degradación, adoptando una serie de medidas específicas.

Esta estrategia de durabilidad incluirá como mínimo los siguientes puntos a tener en cuenta:

Elección de las formas estructurales más adecuadas.

Calidad adecuada del hormigón.

Espesor de recubrimiento adecuado para ofrecer protección a las armaduras.

Control del valor máximo de la fisuras.

Colocación de protecciones superficiales en caso de ambientes muy agresivos.

Prevención contra la corrosión de las armaduras.

 

Forma Estructural

En etapa de proyecto se establecerán los esquemas estructurales más adecuados con la geometría de su diseño y detalles compatibles para lograr una durabilidad prolongada y adaptada al medio.

Deberán evitarse diseños estructurales que puedan ser afectados por la acción del agua. O tratar que exista el mínimo contacto entre las superficies de hormigón y el agua; o tratar el hormigón para resistir los embates y efectos del agua.

 

Calidad del Hormigón

Esta estrategia debe estar orientada hacia la durabilidad de una estructura, y ocuparse de una calidad adecuada del hormigón, especialmente en las superficies que están más expuestas a posibles deterioros.

La calidad adecuada del hormigón cumple si están dadas las condiciones expresadas a continuación:

Cuidada selección de las materias primas.

Dosificaciones correctas.

Puesta en obra correcta.

Observación del curado del hormigón.

Resistencia de los materiales de acuerdo al comportamiento esperado.

Comportamiento de los materiales de acuerdo a requisitos exigidos.

 

 

Condicionantes en la durabilidad del hormigón.

 

Los condicionantes que influyen en la durabilidad de las tuberías de hormigón armado son: el contenido y tipo de cemento utilizado, la resistencia a compresión del hormigón, la relación agua-cemento, la absorción, las características de los áridos, la alcalinidad total, el recubrimiento de hormigón sobre la armadura y los aditivos.

 

La resistencia a compresión mínima del hormigón dependerá de la clase de exposición contemplada en la EHE.

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Esta resistencia depende de la relación agua-cemento, del tipo y contenido del cemento utilizado, de los áridos y aditivos del proceso de fabricación y curado del hormigón. Alta resistencia implica, normalmente, alta calidad o lo que es lo mismo, gran resistencia a la abrasión, baja permeabilidad y gran resistencia a las inclemencias del tiempo y al ataque químico.

 

La absorción es un indicador de la porosidad, que es un factor clave en la durabilidad del hormigón. La absorción del hormigón curado depende de la absorción de cada componente del hormigón, así como del proceso de fabricación del hormigón. La norma UNE 127.010 limita el valor admisible de la absorción al 6%.  Las dosificaciones y relaciones agua/cemento mínimas dependerán de la clase de exposición contemplada en la EHE.

 

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Además, un alto contenido en cemento conlleva un hormigón con nivel de absorción más bajo, mayor resistencia a compresión, mayor resistencia a las heladas y a los cambios térmicos bruscos y mejor resistencia a los ataques químicos. No obstante, un incremento en la cantidad de cemento debe acompañarse de un curado más cuidadoso, para evitar la aparición de posibles microfisuras por retracción que pudieran producirse.

 

En España, los cementos Portland usados en la fabricación de tuberías de hormigón armado deben cumplir con los requerimientos de la Instrucción para la recepción de cementos RC 97, siendo además recomendable que estén en posesión de la marca AENOR. En caso necesario pueden emplearse cementos resistentes a los sulfatos, o al agua de mar.